碳纤维布在中小型水库除险加固工程中的应用

陈 胜

（太湖县水利局 246400）

碳纤维加固是采用配套胶粘剂将碳纤维粘贴于混凝土表面，使两者联合受力，起到结构补强作用的加固方法。中小型水库除险加固工程由于投资规模小、工期短、结构相对复杂、重建耗资大，采用碳纤维布加固补强，能够改善结构强度和韧性，提高建筑物的整体性、耐久性、抗渗性和使用寿命。在中小型水库除险加固工程中，尤其在溢洪道闸墩牛腿支座、闸胸墙裂缝补强以及隧洞、桥梁、渡槽等结构加固中，为保证工程结构安全，作为加固的首选方案，应用越来越广泛。

1 碳纤维布材料要求

碳纤维复合材的纤维必须为连续纤维，应选用聚丙烯腈基（PAN基）12K或12K以下的小丝束纤维，严禁使用大丝束纤维，其厚度为0.111mm，质量为200g/m2，抗拉强度不小于4100MPa，弹性模量不小于2.15×105MPa，伸长率不小于2%。

粘贴碳纤维布采用专用胶，粘碳纤维布用胶剂安全性能指标见表1，厂家须提供原材料的检测报告。

表1 粘碳纤维布用胶粘剂安全性能指标

2 碳纤维布施工

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：表面处理→涂刷底层胶→整平结合面→粘贴碳纤维布→固化养护。

2.2 表面处理

a.用角磨机除去混凝土表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。将构件基面的混凝土表面打磨平整，尤其对表面凸出部位磨平，转角粘贴处进行倒角处理并打磨成圆弧状（R≥20mm）。消除表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀以及修补部位粘结不实的混凝土，露出混凝土结构层，并用环氧树脂腻子将表面修复平整。

b.清理后的基面用压缩空气除去粉尘或用清水洗干净，待完全干燥后用脱脂棉沾丙酮擦拭表面。

c.钢筋露出部位须做防锈处理。

2.3 涂刷底层胶

a.由于环境温度、湿度和混凝土表面的干燥程度影响底胶粘结性能，为保证质量,施工环境温度应不低于5℃，湿度应不高于85%，混凝土表面含水量应在10%以下的干燥状况。

b.按产品规定配比、工艺配底胶，根据现场实际气温决定底胶用量并严格控制使用时间，一般情况下20～50min内用完。

c.用滚筒刷或毛刷将底胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不得超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，待胶固化后（固化时间视现场气温定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2h），再进行下一道工序。

2.4 整平结合面

按规定配制树脂腻子找平材料后,用找平材料将混凝土表面凹陷部位填补平整，特别是模板接头部位等有高差部位，尽量填补平整以减少高度差，且不应有棱角。转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径应不小于20mm。找平材料表面指触干燥后立即进行下一道工序。

2.5 粘贴碳纤维布

先粘贴垂直于轴向的碳纤维布,再粘贴平等于轴向的碳纤维布。具体工序如下:

a.按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。为便于粘贴，裁剪好的碳纤维布卷在小圆棍或圆筒上，并编号以备使用。裁剪和卷布过程中保持碳纤维布表面无灰尘、杂物。

b.根据需粘贴的碳纤维量确定所需JH型粘碳胶的数量，按产品供应商提供的工艺规定配制JH型粘碳胶，并用JH型粘碳胶涂于牛腿表面。

c.用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使JH型粘碳胶充分浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布。

d.多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂指触干燥后立即进行下一层的粘贴。最后再滚一层JH型粘碳胶并多次滚压使其渗入碳纤维布。

2.6 固化养护

环境温度在20℃以上时，初期硬化养护时间约1天，养护1周后方可进行施工质量检测；环境温度在10℃～20℃时，初期硬化养护时间约1～2天，养护1～2周后方可进行施工质量检测；环境温度在10℃以下时，初期硬化养护时间约2天，养护2周后方可进行施工质量检测。

粘贴后初期硬化期内，不允许对片材进行锤击、移动或高温处理。

3 施工注意事项

a.粘贴碳纤维布时必须驱除纤维丝内的空气，使碳纤维布表面平整，出现空鼓，面积少于100cm2时，采用针管注浆方法填实空鼓；空鼓面积超过100cm2时，应切除后重贴。

b.碳纤维布沿受力方向搭接时，搭接长度应不小于100mm。当采用多条或多层碳纤维布加固时，各层纤维之间的搭接位置应相互错开。

c.碳纤维布为导电材料，施工对应采取有效的保护措施。

d.后续施工不得破坏已经完成的碳纤维，不得靠近碳纤维焊接、烘烤。

e.粘贴时碳纤维布的纤维方向应符合设计要求。

f.在加固的特殊位置（如粘结部位的始、末端），为保证纤维复合材料与混凝土共同工作，必要时应采取附加铆栓、螺栓或钢板等措施。

g.在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

4 实施后效果

在太湖县中小型水库除险加固工程中，多座水库中应用了碳纤维加固技术，实施后从效果上有以下几个特点：

a.与传统的普通粘钢相比，碳纤维布加固在其加固特性上具有明显优势（见表2）。

表2 碳纤维加固与普通粘钢比较

b.碳纤维布加固后的抗剪承载力、抗弯承载力普遍分别比加固前提高了203%和18%。

c.采用碳纤维布加固技术经济效果明显，同一结构如果采用碳纤维加固，与拆除重建相比，投资节省约53%；工期缩短30%。■